شبکه‌های فوق متراکم ناهمگن ۲۰۲۲
Ultra-Dense Heterogeneous Networks 2022

با توجه به افزایش روزافزون حجم داده‌های موبایلی، شبکه‌های سلولی از شبکه‌های سلول کوچک به شبکه‌های فوق متراکم ناهمگن تکامل می‌یابند تا ظرفیت سیستم و بازده طیفی بالایی را فراهم کنند. با رساندن ایستگاه‌های پایه (BS) به مقیاس فضایی و بزرگی تعداد تقریبی، شبکه‌های فوق متراکم ناهمگن قطعاً تغییرات پارادایمی بی‌سابقه‌ای را در طراحی شبکه به ارمغان خواهند آورد. اولاً، همراه با متراکم‌سازی سلول‌های کوچک، تداخل بین سلولی شدید می‌شود و ممکن است عملکرد کاربران تلفن همراه را مختل کند. تخصیص منابع شبکه از جمله پهنای باند و اسلات‌های زمانی، ضمن جلوگیری از تداخل، نیازمند بررسی جدی است. ثانیاً، ناحیه پوشش ایستگاه‌های پایه کوچک و نامنظم می‌شود که منجر به هنداورهای بسیار مکرر و پیچیده هنگام حرکت کاربران تلفن همراه می‌شود. چگونگی اطمینان از ارتباطات مداوم و پیاده‌سازی مدیریت تحرک موثر، و تخصیص و همکاری منابع بین سلولی، همچنان یک مسئله چالش برانگیز است. ثالثاً، چنین تغییر پویایی در ابعاد فضایی به ما این امکان را می‌دهد تا تکنیک‌های ارتباطی و شبکه‌سازی موجود و در حال انجام، مانند MIMO عظیم، CoMP، امواج میلی‌متری (mmWaves)، تجمیع حامل، رادیو تمام دوبلکس و ارتباطات D2D را مجدداً بررسی کنیم.

برای پرداختن به مسائل تحقیقاتی چالش برانگیز فوق الذکر، این کتاب به بررسی ارائه خدمات و QoE در شبکه‌های فوق متراکم ناهمگن می‌پردازد. به طور خاص، ابتدا شبکه‌های فوق متراکم ناهمگن را با تعریف دقیق در مورد استقرار فضایی، ویژگی‌های عمومی و الزامات شبکه‌های فوق متراکم ناهمگن به منظور اطمینان از QoE کاربران تلفن همراه معرفی می‌کنیم. ثانیاً، مدیریت منابع بین سلول‌های کوچک در مجاورت نزدیک، مدیریت تحرک برای کاربران تلفن همراه (پرداختن به هنداورهای فوق العاده مکرر) و مدیریت تداخل (مقابله با تداخل ناشی از استفاده مجدد از فرکانس در مجاورت) را به تصویر می‌کشیم. ثالثاً، عوامل توانمندساز و ادغام شبکه‌های فوق متراکم ناهمگن با فناوری‌های توانمندساز، مانند MIMO عظیم، cloud-RAN، mmWaves، D2D، IoT را مطالعه می‌کنیم. در نهایت، کتاب را به پایان می‌رسانیم و مسیرها و چالش‌های آینده را مشخص می‌کنیم.

Driven by the ever-increasing amount of mobile data, cellular networks evolve from small cell network to ultra-dense heterogeneous networks, to provide high system capacity and spectrum efficiency. By bringing base stations (BSs) to the approximate spatial scale and number magnitude, ultra-dense heterogeneous networks would definitely bring unprecedented paradigm changes to the network design. Firstly, along with densification of small cells, inter-cell interference becomes severe and may deteriorate performance of mobile users. Assigning network resources including bandwidth and time slots, while avoiding interference, desires serious consideration. Secondly, the coverage area of BSs becomes small and irregular, resulting in much frequent and complicated handovers when mobile users move around. How to ensure continuous communication and implement effective mobility management, and inter-cell resource allocation and cooperation, remains a challenging issue. Thirdly, such dynamic change in spatial dimension enables us to re-investigate available and ongoing communications and networking techniques, such as massive MIMO, CoMP, millimeter waves (mmWaves), carrier aggregation, full duplex radio, and D2D communications.

To address the aforementioned challenging research issues, this book will investigate the service and QoE provisioning in ultra-dense heterogeneous networks. In particular, firstly we introduce ultra-dense heterogeneous networks by careful definition regarding spatial deployment, generic characteristics, and requirements of ultra-dense heterogeneous networks in order to ensure QoE of mobile users. Secondly, we depict the resource management among small cells in close proximity, mobility management for mobile users (address the super-frequent handovers), and interference management (dealing with the interference due to frequency-reuse in the vicinity). Thirdly, we study the enabling factors, and the integration of ultra-dense heterogeneous networks with enabling technologies, such as massive-MIMO, cloud-RAN, mmWaves, D2D, IoT. Finally, we conclude the book and indicate future directions and challenges.